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微生物、植物、生物炭协同修复土壤重金属污染

2017-10-31 01:53:35 122 编辑:admin 来源:本站
  为了更好地治理重金属金属污染土壤,急需解决以下技术问题 :
  1.确定合适的耐性作物,其具有种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤、生长迅速、生物量大的特点。
  2. 克服耐性作物的重金属吸收效率低下、重金属修复元素单一、修复时间太长、存活率低的难题。
  3. 避免重金属污染土壤修复治理过程中改变和破坏土壤结构的情况。
  本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术的不足,提供一种可回收形趋磁细菌微生物和种植难度低、耐受性强、不进入食物链的植物及能够提高土壤肥力、改善土壤结构的生物炭联合修复重金属污染土壤的方法。
  一、为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是 :
  一种微生物、植物、生物炭协同修复土壤重金属污染的方法,包括以下步骤 :
  1) 将趋磁细菌液体培养基添加到重金属污染的土壤中,接种趋磁细菌,翻耕重金属污染土壤的表层厚 10~12cm 的土壤,使趋磁细菌培养基、趋磁细菌和重金属污染土壤充分混合 ;
  2) 培养 45~50 天,在重金属污染土壤表层 3~5cm 厚的土壤里添加趋磁细菌培养基,并灌溉该土壤,使重金属污染土壤保持淹水状态,并在所述重金属污染的土壤上面设置磁场,保持 29~34 天 ;
  3) 收集步骤 2)所述重金属污染土壤表层厚 4~6cm 的土壤 ;并用水淋洗收集的重金属污染土壤,使趋磁细菌与重金属污染土壤分离进入水溶液中,重复淋洗 2~4 次,填回 ;
  4) 选择禾本科植物种植在步骤 3)重金属污染土壤中,禾本科植物包括玉米和 / 或小麦 ;
  5) 当植物的植株开始抽穗时,及时拔除幼穗,当植株出现分蘖时,对分蘖的幼穗同时拔除,并在植物生长的拔节期、抽穗期及灌浆期施入灌溉和肥料 ;
  6) 当植物的生长季结束,将含重金属的植株茎秆及根系全部移除 ;
  7) 将生物炭基肥施入步骤 4)种植过禾本科植物的重金属污染土壤中,混合均匀,陈化70~80 天 ;
  8) 循环重复执行步骤 1)~ 步骤 7),直至土壤中重金属的含量达到安全标准。
  优选的,所述步骤 1)中趋磁细菌的接种比例为每平方米重金属污染的土壤中接种7.0×108~5.0×109个趋磁细菌。
  优选的,所述步骤 1)中液体培养基添加量每平方米重金属污染土壤喷施 50 ~80ml 液体培养基。
  优选的,所述步骤 2)液体培养基添加量为每平方米重金属污染土壤喷施 30 ~50ml 液体培养基。
  优选的,所述步骤 2)磁场方向背离地面向上,磁场强度为 200~300 高斯。
  优选的,所述生物炭基肥由 75~79 重量份生物炭与 1~1.5 重量份的氯化钠、2~2.8重量份的硫酸镁、3~4 重量份的硝酸钾、3~3.6 重量份的硫酸钙、5~8 重量份的尿素和 6~7 重量份的煤渣混合到一起并搅拌均匀获得。
  优选的,所述生物炭为步骤 6)移除的禾本科植物制成的,生物炭用质量分数 10%的稀盐酸和质量分数 5% 的稀硝酸以体积比 1~2.5 :1 的混合后酸洗 1~3h,再用去离子水反复浸洗至中性,然后烘干。
  优选的,所述生物炭基肥的施入量为每平方米重金属污染土壤加入 6-10g 生物炭基肥。
  优选的,所述生物炭基肥用圆盘造粒机制成粒径为 3~5mm 的颗粒。
  优选的,所述禾本科植物采用播种的方式种植,所述禾本科植物的种子由 15%~20%的 H2O2消毒处理,然后蒸馏水洗涤浸泡 12h,选择籽粒饱满且不下沉的种子进行播种。
  二、本发明的有益效果 :
  1. 趋磁细菌属于革兰氏阴性菌,是专性微好氧、兼性或专性厌氧细菌,具有负趋氧特性,细胞内有沿菌体长轴排列、由膜包被的磁小体颗粒链,在磁场的作用下可以定向运动,而且对重金属有较强的吸附能力 ;在地磁场的作用下趋磁细菌可以向地下深处移动,由于地磁场的作用力很弱,在土壤表面设置磁场,并通过控制磁场的方向使趋磁细菌集中在小面积内,步骤 2)中灌溉重金属污染土壤的目的是降低土壤表层的含氧量,创造有利于趋磁细菌生存的环境。
  2. 趋磁细菌对重金属离子的吸附是以细胞表面的吸附为主,因此趋磁细菌对重金属的吸附速度很快,在其移动的过程中有效吸附土壤中的重金属,大大降低了土壤中重金属的积累量。
  3. 本发明步骤 3)得到的淋洗液回收重金属,一方面防止重金属在回到土壤或者水体,另一方面回收的重金属具有很高的附加价值,可以增加收益。趋磁细菌的回收率达到90% 以上,淋洗液重金属回收率达到 99% 以上,有利于重金属污染土壤的修复。
  4. 禾本科植物对重金属有较强的富集作用,对生长环境的适应性强,适用于大面积种植,做为非食用性植物用于修复土壤有效避免了污染物再次进入食物链,最大限度的减少了修复土壤中可引起的二次污染。
  5. 本发明采用治理过重金属污染土壤的禾本科植物的茎叶、根等有机废物制备生物炭,充分利用了植物废弃有机体,成本低廉,所得生物炭均用酸洗一段时间后,通过去离子水的反复浸洗至中性,然后烘干,将炭化物质与含有重金属的溶液分离,可以对重金属进行回收再利用。
  6. 趋磁细菌、生物炭和植物三者联合修复重金属污染土壤的方法,能发挥趋磁细菌与生物炭的吸附和植物的修复作用,生物炭的施加可以维持和改良土壤理化性质、吸附固定土壤中的各种重金属,将土壤中的重金属改性为可供趋磁细菌和植物吸收的可提取态,而且在一定程度上可以增加农作物产量,三者协同作用将极大的加速了重金属污染土壤的生物修复进程。
  总之,本发明趋磁细菌、生物炭和植物联合修复重金属污染土壤的方法与传统的污染土壤治理方法相比,具有投资少、技术要求不高、种植难度低、易于管理、适用于大面积污染土壤的治理 、土壤治理效果好、实用性强的特点。

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